Published October 1, 2018
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Publication
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Anti-soiling coatings for solar cell cover glass: Climate and surface properties influence
Creators
- 1. Universidade Federal de Minas Gerais
- 2. Ricerca sul Sistema Energetico (Italy)
- 3. Federal Center for Technological Education of Minas Gerais
Description
The objective of this study has been twofold: i) to investigate different strategies for CPV module glass surface modification, in particular preparing hydrophilic and hydrophobic coatings in order to reduce the dust accumulation (soiling) on the module surface; ii) to perform a joint comparative soiling testing in Italy, Spain and Brazil in order to understand the limit and advantages of the proposed anti-soiling coatings in different climate condition. Two TiO2/SiO2 films with different titanium content have been synthesized and benchmarked against pure TiO2 in relation to transparency and hydrophilicity. Moreover, a hydrophobic antireflective material based on functionalized-SiO2 thin film was also investigated. All these coatings have been deposited over low iron float glass substrates by sol-gel dip-coating and electron-beam evaporation technique. TiO2/SiO2 and functionalized-SiO2 films showed higher transmittance in visible range than pure TiO2. TiO2/SiO2 films showed a persistent superhydrophilic character with water contact angles near to 0°, while functionalized-SiO2 presented hydrophobic property. The joint comparative soiling tests showed the importance of setting anti-soiling strategies in region characterized by more dry climate: in Brazil, which during the soiling test was characterized by a long dry period, the anti-soiling coatings were effective in reducing the soiling deposition and in the removal of the contaminants by rainwater; in Spain and Italy, the more frequent rain precipitation made the soiling effect less relevant, however, the deposition of anti-soiling coating on the module cover glass allowed to fully recover the initial transmittance after rain washing. A chemical and mineral characterization of the soiling has been carried out revealing the dependence of the contaminants from the environment conditions (e.g. car traffic, presence of industries, amount of rain and local minerals in the ground).
Translated Descriptions
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Translated Description (Arabic)
كان الهدف من هذه الدراسة ذا شقين: 1) التحقيق في استراتيجيات مختلفة لتعديل سطح زجاج وحدة CPV، ولا سيما إعداد الطلاءات الآلفة للماء وغير الآلفة للماء من أجل تقليل تراكم الغبار (التلوث) على سطح الوحدة ؛ 2) إجراء اختبار مشترك مقارن للتلوث في إيطاليا وإسبانيا والبرازيل من أجل فهم حدود ومزايا الطلاءات المقترحة المضادة للتلوث في ظروف مناخية مختلفة. تم تصنيع فيلمين من TiO2/SiO2 بمحتوى مختلف من التيتانيوم وقياسهما مقابل TiO2 النقي فيما يتعلق بالشفافية والماء. علاوة على ذلك، تم أيضًا فحص مادة مضادة للانعكاس كارهة للماء تعتمد على طبقة رقيقة من SiO2 وظيفية. تم ترسيب كل هذه الطلاءات على ركائز زجاجية طافية منخفضة الحديد بواسطة تقنية الطلاء بالغمس بالهلام الصلب وتقنية تبخير شعاع الإلكترون. أظهرت أفلام TiO2/SiO2 وأفلام SiO2 الوظيفية نفاذية أعلى في النطاق المرئي من TiO2 النقي. أظهرت أفلام TiO2/SiO2 طابعًا ثابتًا فائق الماء مع زوايا تلامس الماء بالقرب من 0درجة، بينما أظهر SiO2 المنشط خاصية كارهة للماء. أظهرت اختبارات التلويث المقارنة المشتركة أهمية وضع استراتيجيات مضادة للتلويث في المنطقة التي تتميز بمناخ أكثر جفافًا: في البرازيل، والتي تميزت خلال اختبار التلويث بفترة جفاف طويلة، كانت الطلاءات المضادة للتلويث فعالة في تقليل ترسب التلويث وفي إزالة الملوثات بمياه الأمطار ؛ في إسبانيا وإيطاليا، أدى هطول الأمطار الأكثر تواترًا إلى جعل تأثير التلويث أقل أهمية، ومع ذلك، فإن ترسب الطلاء المضاد للتلويث على زجاج غطاء الوحدة يسمح باستعادة النفاذية الأولية بالكامل بعد الغسيل المطري. تم إجراء توصيف كيميائي ومعدني للتلوث يكشف عن اعتماد الملوثات من الظروف البيئية (مثل حركة السيارات ووجود الصناعات وكمية الأمطار والمعادن المحلية في الأرض).Translated Description (French)
L'objectif de cette étude a été double : i) étudier différentes stratégies de modification de la surface du verre du module CPV, en particulier la préparation de revêtements hydrophiles et hydrophobes afin de réduire l'accumulation de poussière (salissure) sur la surface du module ; ii) effectuer un essai comparatif conjoint de salissure en Italie, en Espagne et au Brésil afin de comprendre les limites et les avantages des revêtements antisalissure proposés dans différentes conditions climatiques. Deux films TiO2/SiO2 avec une teneur en titane différente ont été synthétisés et comparés au TiO2 pur en termes de transparence et d'hydrophilie. De plus, un matériau antireflet hydrophobe à base de film mince de SiO2 fonctionnalisé a également été étudié. Tous ces revêtements ont été déposés sur des substrats en verre flotté à faible teneur en fer par une technique de trempage sol-gel et d'évaporation par faisceau d'électrons. Les films de TiO2/SiO2 et de SiO2 fonctionnalisé ont montré une transmittance plus élevée dans le visible que le TiO2 pur. Les films de TiO2/SiO2 ont montré un caractère superhydrophile persistant avec des angles de contact avec l'eau proches de 0°, tandis que le SiO2 fonctionnalisé présentait une propriété hydrophobe. Les tests comparatifs conjoints de salissure ont montré l'importance de mettre en place des stratégies anti-salissure dans une région caractérisée par un climat plus sec : au Brésil, qui lors du test de salissure était caractérisé par une longue période sèche, les revêtements anti-salissure étaient efficaces pour réduire le dépôt de salissure et éliminer les contaminants par l'eau de pluie ; en Espagne et en Italie, les précipitations de pluie plus fréquentes ont rendu l'effet de salissure moins pertinent, cependant, le dépôt de revêtement anti-salissure sur le verre de couverture du module a permis de récupérer complètement la transmittance initiale après le lavage par pluie. Une caractérisation chimique et minérale de l'encrassement a été réalisée révélant la dépendance des contaminants vis-à-vis des conditions environnementales (ex : circulation automobile, présence d'industries, quantité de pluie et de minéraux locaux dans le sol).Translated Description (Spanish)
El objetivo de este estudio ha sido doble: i) investigar diferentes estrategias para la modificación de la superficie de vidrio del módulo CPV, en particular la preparación de recubrimientos hidrófilos e hidrófobos para reducir la acumulación de polvo (suciedad) en la superficie del módulo; ii) realizar una prueba de suciedad comparativa conjunta en Italia, España y Brasil para comprender el límite y las ventajas de los recubrimientos antisuciedad propuestos en diferentes condiciones climáticas. Se han sintetizado dos películas de Tío2/SiO2 con diferente contenido de titanio y se han comparado con Tío2 puro en relación con la transparencia y la hidrofilicidad. Además, también se investigó un material antirreflectante hidrófobo basado en una película delgada de SiO2 funcionalizada. Todos estos recubrimientos se han depositado sobre sustratos de vidrio flotado con bajo contenido de hierro mediante la técnica de recubrimiento por inmersión sol-gel y evaporación por haz de electrones. Las películas de TiO2/SiO2 y SiO2 funcionalizado mostraron una transmitancia más alta en el rango visible que el TiO2 puro. Las películas de TiO2/SiO2 mostraron un carácter superhidrófilo persistente con ángulos de contacto con el agua cercanos a 0°, mientras que el SiO2 funcionalizado presentó propiedades hidrófobas. Las pruebas de suciedad comparativas conjuntas mostraron la importancia de establecer estrategias antisuciedad en la región caracterizada por un clima más seco: en Brasil, que durante la prueba de suciedad se caracterizó por un largo período seco, los recubrimientos antisuciedad fueron efectivos para reducir la deposición de suciedad y en la eliminación de los contaminantes por el agua de lluvia; en España e Italia, la precipitación de lluvia más frecuente hizo que el efecto de suciedad fuera menos relevante, sin embargo, la deposición de recubrimiento antisuciedad en el vidrio de cubierta del módulo permitió recuperar completamente la transmitancia inicial después del lavado con lluvia. Se ha llevado a cabo una caracterización química y mineral del suelo que revela la dependencia de los contaminantes de las condiciones ambientales (por ejemplo, tráfico de automóviles, presencia de industrias, cantidad de lluvia y minerales locales en el suelo).Files
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Additional titles
- Translated title (Arabic)
- الطلاءات المضادة للتلوث لزجاج غطاء الخلايا الشمسية: تؤثر خصائص المناخ والسطح
- Translated title (French)
- Revêtements anti-salissures pour verre de couverture de cellules solaires : influence du climat et des propriétés de surface
- Translated title (Spanish)
- Recubrimientos antisuciedad para vidrio de cubierta de células solares: influencia de las propiedades climáticas y superficiales
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W2809001365
- DOI
- 10.1016/j.solmat.2018.05.036
References
- https://openalex.org/W1967280313
- https://openalex.org/W1974082128
- https://openalex.org/W1974624143
- https://openalex.org/W1990236449
- https://openalex.org/W1994217653
- https://openalex.org/W2001870206
- https://openalex.org/W2003549085
- https://openalex.org/W2006780896
- https://openalex.org/W2016847038
- https://openalex.org/W2024434685
- https://openalex.org/W2031605925
- https://openalex.org/W2034385722
- https://openalex.org/W2054963375
- https://openalex.org/W2057801508
- https://openalex.org/W2060689820
- https://openalex.org/W2060696939
- https://openalex.org/W2073958957
- https://openalex.org/W2075213645
- https://openalex.org/W2103606530
- https://openalex.org/W2107069803
- https://openalex.org/W2194805012
- https://openalex.org/W2292465733
- https://openalex.org/W2403099877
- https://openalex.org/W2501133414
- https://openalex.org/W2550549881
- https://openalex.org/W2595852467